AT501081A4 - Led sowie led-lichtquelle - Google Patents

Led sowie led-lichtquelle Download PDF

Info

Publication number
AT501081A4
AT501081A4 AT0107203A AT10722003A AT501081A4 AT 501081 A4 AT501081 A4 AT 501081A4 AT 0107203 A AT0107203 A AT 0107203A AT 10722003 A AT10722003 A AT 10722003A AT 501081 A4 AT501081 A4 AT 501081A4
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
led
board
metal core
die
pcb
Prior art date
Application number
AT0107203A
Other languages
English (en)
Other versions
AT501081B1 (de
AT501081B8 (de
Inventor
Guenther Dipl Ing Dr Leising
Original Assignee
Guenther Dipl Ing Dr Leising
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guenther Dipl Ing Dr Leising filed Critical Guenther Dipl Ing Dr Leising
Priority to AT0107203A priority Critical patent/AT501081B8/de
Priority to CA2553921A priority patent/CA2553921C/en
Priority to EP11181590.8A priority patent/EP2398080B1/de
Priority to US10/586,386 priority patent/US8614456B2/en
Priority to PCT/EP2004/051066 priority patent/WO2005008790A2/de
Priority to EP04741760.5A priority patent/EP1839344B1/de
Publication of AT501081B1 publication Critical patent/AT501081B1/de
Publication of AT501081A4 publication Critical patent/AT501081A4/de
Application granted granted Critical
Publication of AT501081B8 publication Critical patent/AT501081B8/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483—Containers
    • H01L33/486—Containers adapted for surface mounting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01019—Potassium [K]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/647—Heat extraction or cooling elements the elements conducting electric current to or from the semiconductor body

Description

- 2 - > 7 * 7 '7 7 7 7 7 ) 7 7*7
Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED, bei der mindestens ein LED-Die mit einem Die-Attach auf einem LED-PCB angeordnet ist und das LED-PCB an der dem LED-Die gegenüberliegenden Seite elektrische Rückseitenkontakte, die gegebe-5 nenfalls als Steckkontakte sind, aufweist. Sie betrifft weiters eine LED-Lichtquelle mit einer oder mehreren auf einer Platine oder einem Stecker angeordneten LEDs der eingangs genannten Art, wobei die Platine Kontaktflächen bzw. der Stecker Kontakte aufweist, mit denen die LEDs kontaktiert sind. 10 Sie betrifft schließlich auch eine LED-Lichtquelle mit einer oder mehreren auf einer Platine oder einem Stecker angeordneten LEDs, wobei die Platine Kontaktflächen bzw. der Stecker Kontakte aufweist, mit denen die LEDs kontaktiert sind. LED^Lichtquellen haben normalerweise folgenden Aufbau: 15 Der LED-Die ist mittels eines Die-Attachs auf eine Kontaktfläche (z.B. Leiterbahn) eines LED-PCBs aufgebracht. (PCB = printed Circuit board; der Begriff Die-Attach umfasst sowohl einen Die-Kleber als auch eine Löt-Verbindung.) Zusammen mit den Rückseitenkontakten des LED-PCB stellt diese Anordnung 20 eine eigene LED-Lampe dar. Diese LED-Lampe wird mittels einer Bestückungstechnik (z.B. SMT) auf eine Platine assembliert, die dann optional mit einem Kühlkörper verbunden wird. Optio- ] nal kann die Lampe in einem Lampensockel befestigt und kontaktiert werden. Statt auf einer Platine kann die LED auch 25 auf einem Stecker assembliert werden.
Um LED-Anwendungen mit hoher Helligkeit zu realisieren, werden immer stärkere Hochleistungs-LEDs eingesetzt, auch schon mit einer Betriebsleistung von mehr als 1 Wei. Die Chipfläche dieser LEDs liegt derzeit im Bereich von 1 mm2. Es 30 zeichnet sich der Trend ab, dass in Zukunft die Betriebsleistung pro LED weiter erhöht wird, was einerseits durch größere Halbleiter und andererseits durch höhere Stromdichten erreicht wird. Speziell letzterer Parameter bewirkt, dass die Leistungsdichten von LEDs von derzeit maximal 1-2 Wei/mm2 in 35 Zukunft auf über 4 Wei/mm2 ansteigen werden. 3
Allerdings sind für das Abführen der Verlustwärme hierzu entsprechende Anordnungen zu realisieren, die es gestatten, die Wärme ausreichend vom Halbleiter abzuführen.
Eine zu hohe Erwärmung während des Betriebes der LEDs führt zu einer Bauteilzerstörung. Aus diesem Grund muss während des Betriebes der LED gewährleistet werden, dass die Temperatur an der Sperrschicht des p-n-Übergangs in der LED nicht über typischerweise 130°C steigt. Dies kann insofern während des Betriebes der LEDs eintreten, da nur ein Teil der vom Bauelement aufgenommenen elektrischen Leistung in Licht umgesetzt wird, während der andere Teil in Wärme umgewandelt wird. (Derzeit ist die Leistungseffizienz von LEDs kleiner als 10%.) Die Betriebsparameter von LEDs sind daher iii Abhängigkeit von der Art der Assemblierung, der Einbau- und Umgebungsbedingungen derart zu wählen, dass die Sperrschichttemperatur immer unter 130°C bleibt.
In gegenständlicher Erfindung werden Anordnungen vorgestellt, welche die Verlustwärme von LEDs derart effizient ab-führen können, dass Leistungsdichten von über 2 Wel/mm2 abgeführt werden können.
Um die Verlustwärme effizient abzuführen, muss der thermische Widerstand der Anordnung optimiert werden. Wenn die Wärme ohne hohe Temperaturabfälle auf den LED-Träger übertragen werden kann, bleibt die Sperrschicht unter der maximal zulässigen Temperatur. Der wesentliche physikalische Parameter ist also der thermische Widerstand, gemessen in K/W.
Anordnungen und Aufbauten, wie diese derzeit für High-Power-LEDs Stand der Technik sind, weisen in optimierten Anordnungen typisch einen thermischen Widerstand von mehr als 20K/W (Übergang Junction zu LED Trägermaterial) auf. Dies bedeutet, dass der Temperaturunterschied zwischen dem LED-Träger und der aktiven Zone der LED - bei Betrieb mit 5 Wei -mehr als 100K beträgt. Ausgehend von einer maximal zulässigen Sperrschichttemperatur für Langzeitanwendungen von 130°C bedeutet dies, dass bei Temperaturen über 30°C ein Einsatz un- - 4 - möglich ist, und daher ist diese LED für viele technische Anwendungen (Automobil, Verkehr) ungeeignet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine LED bzw. eine LED-Lichtquelle der eingangs genannten Art zu schaffen, 5 bei der der thermische Widerstand geringer ist als gemäß dem Stand der Technik.
Diese Aufgabe wird durch eine LED der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rückseitenkontakte mindestens die halbe Fläche, vorzugsweise bis auf not-10 wendige Ausnahmen die gesamte Fläche des LED-PCB abdecken.
Die notwendigen Ausnahmen sind z.B. die zur elektrischen Isolation notwendigen Beabstandungen von Leiterbahnen auf unterschiedlichem elektrischen Potential.
Bisher wurden die Kontaktflächen immer nur im Hinblick auf 15 den elektrischen Widerstand dimensioniert und daher mit im Verhältnis zur Erfindung geringerer Querschnittsfläche ausgeführt. Erfindungsgemäß sollen diese Kontaktflächen aber möglichst groß sein, wodurch der thermische Widerstand entsprechend herabgesetzt wird. Dabei ist es günstig, dass die ther-20 mische und elektrische Leitung senkrecht durch das Trägermaterial durchgeführt wird. Derart kann ein möglichst kompakter Aufbau (ohne räumlich ausgedehnte seitliche Kontakte) realisiert werden.
Es ist günstig, wenn die Rückseitenkontakte mit den Kon-25 taktflächen auf der dem LED-Die zugewandten Seite seitlich des LED-PCB thermisch und gegebenenfalls elektrisch verbunden sind. Dies verbessert nicht nur den thermischen Widerstand, sondern auch die Löt- und Kontaktiereigenschaften.
Bei isolierenden Platinen (z.B. bei organischen LED-PCBs) 30 bringt man den LED-Die normalerweise auf einer Leiterbahn an. Bei Metallkernplatinen müssen die Leiterbahnen allerdings gegenüber dem Metallkern isoliert sein. Diese Isolierschicht erhöht natürlich den thermischen Widerstand. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, dass - wenn es sich bei dem LED-PCB 35 um eine Metallkernplatine handelt - der LED-Die direkt auf dem Metallkern angebracht ist. - 5 -
Alternativ dazu kann man bei einer Metallkernplatine zwischen den Leiterbahnen und dem Metallkern ein elektrisch nichtlineares Isolatormaterial anordnen. Da LEDs mit relativ geringer Spannung betrieben werden, kann man das Isolatorma-5 terial prinzipiell sehr dünn ausführen, ohne dass im Betrieb ein Durchschlag zu befürchten ist. Allerdings kann beim Hantieren z.B. durch statische Aufladung eine höhere Spannung entstehen, die bei dünnem Isolatormaterial zu einem Durchschlag führen und damit die LED unbrauchbar machen könnte. 10 Dies wird mit einem elektrisch nichtlinearen Isolatormaterial verhindert, weil dieses ab einer bestimmten Spannung leitend' wird. Dadurch wird statische Elektrizität abgeleitet, ohne dass ein Schaden entsteht. Mit einem elektrisch nichtlinearen Isolatormaterial kann man also mit einer geringeren Dicke 15 auskommen, was den thermischen Widerstand entsprechend reduziert.
Wenn der LED face-down auf dem LED-Die montiert ist, ist die Lichtausbeute höher, weil dann kein Licht von den sonst notwendigen Bond-Drähten abgeschattet wird. 20 . Bei einer LED-Lichtquelle der ersten eingangs genannten Art wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rückseitenkontakte der LEDs auf mindestens der halben Fläche des LED-PCB, vorzugsweise bis auf die notwendigen Ausnahmen vollflächig mit den Kontaktflächen bzw. den 25 Kontakten verlötet sind.
Bei einer LED-Lichtquelle der zweiten eingangs genannten Art sind erfindungsgemäß die LED-Dies mit einem Die-Attach direkt auf der Platine bzw. auf dem Stecker aufgeklebt.
Gemäß dieser Ausführungsform bilden die LEDs also keine ei-30 genständigen mechanischen Teile mehr, es dient vielmehr die Platine (bzw. der Stecker) gleichzeitig als LED-PCB. Damit fällt der thermische Widerstand der LED-PCBs und der Lötpads (oder wie immer bisher die Kontaktierung mit der Platine erfolgt ist) weg.
Auch hier wird dieselbe erfinderische Idee verwirklicht: die thermische Leitung wird senkrecht durch das Trägermate- 35 6 rial durchgeführt, und zwar über die gesamte Querschnittfläche des LED-Dies. Derart kann - wie erwähnt - ein möglichst kompakter Aufbau (ohne räumlich ausgedehnte seitliche Kontakte) realisiert werden. 5 Auch in diesem Fall ist es zweckmäßig, dass - wenn die Platine eine Metallkernplatine ist - die LED-Dies direkt auf dem Metallkern angebracht sind oder dass zwischen den Leiterbahnen und dem Metallkern ein elektrisch nichtlineares Isolatormaterial angeordnet ist. 10 Es ist günstig, wenn auf der Rückseite der Platine ein Kühlkörper angeordnet ist. Dadurch wird die Wärme von der Platine abgeführt, ohne dass dazu Platz auf der Vorderseite der Platine notwendig ist. Der Kühlkörper kann jeglicher metallische Funktionskörper (z.B. ein Gehäuse) und mit beliebi-15 ger Verbindungstechnik thermisch mit der Platine verbunden sein.
In diesem Fall ist es weiters günstig, wenn die Platine und/oder das LED-PCB Durchkontaktierungen zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei vorzugsweise die Durchkon-20 taktierungen einen Durchmesser von weniger als 100 pm aufweisen. Dies gilt insbesondere für Platinen aus organischem Material, deren thermische Leitfähigkeit an sich schlecht ist.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine erste Ausführungsform 25 einer erfindungsgemäßen LED-Lichtquelle; Fig. 2 eine Abänderung der in Fig. 1 dargestellten LED; Fig. 3 eine weitere Abänderung der in Fig. 1 dargestellten LED; Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Lichtquelle; und Fig. 5 eine Abänderung dieser LED-Lichtquelle, ohne Kühlkör-30 per dargestellt.
Gemäß Fig. 1 ist ein LED-Die 3 (Rth,LED-Die) mittels eines Die-Klebers 4 (Rth,Die-Kieber) auf eine Kontaktfläche (z.B. Leiterbahn 5) eines LED-PCB 6 (Rth,led-pcb) aufgebracht. Der LED-Die 3 in Fig. 1 ist face-up montiert und über Bond-Drähte 2 35 mit den Kontaktflächen (Leiterbahn 5) verbunden. Alternativ hierzu kann dieser auch in einer Face Down Montage direkt auf - 7 - dem LED-PCB angeordnet sein bzw. dieser auf einem Die-Traeger Face Down befestigt sein, und letzterer dann auf der LED PCB angeordnet sein. Zusammen mit den Rückseitenkontakten 7 (Rth,Lötpads) des LED-PCB 6 stellt diese Anordnung eine eigene 5 LED-Lampe dar. Zur weiteren Verarbeitung kann diese LED-Lampe mittels einer Bestückungstechnik (z.B. SMT) auf eine Platine 9 (Rth,piatine) assembliert werden, die dann optional mit einem Kühlkörper 11 verbunden wird, z.B. über eine Lötfläche 10 (Rth,Lötfläche) · 10 Der LED-Die 3 ist normalerweise in einem Material 1 mit entsprechenden optischen Eigenschaften eingegossen. Der LED-Die kann auch - wie bekannt - in einen Reflektor eingesetzt werden. Selbstverständlich können auch mehrere LED-Dies zusammen eingegossen oder in einen Reflektor eingesetzt werden, 15 Der typische thermische Widerstand der Gesamtanordnung gemäß Fig. 1 setzt sich wie folgt zusammen:
Rth = Rth, LED-Die (4 K/W) +Rth, Die-Kleber (2 K/W) +Rth, LED-PCB ( 5 K/W) + Rth.Lötpads (3 K/W) + Rth ,Platine (2 K/W)+ Rth,Lötfläche (2 K/W) =
18 K/W 20 Um die Verlötungseigenschaften und die Wärmeabfuhr über die Rückseite zu verbessern, ist es (speziell bei Keramikplatinen und organischen PCBs) zweckmäßig, seitliche Kontaktschichten 12 (siehe Fig. 2) auszuführen, die die Oberseite des PCB mit der Unterseite des PCB thermisch und gegebenenfalls elekt-25 risch verbinden. Hierdurch können die Löteigenschaften der LED-Anordnung sowohl bei manuellem Löten als auch in einer automatischen Anlage (SMT Wellen- oder Reflowlöten) durch besseren Lotangriff sowie bessere thermische Verteilung verbessert werden. Weiters ist die Lötstelle besser von außen zu 30 beurteilen.
Gemäß Fig. 3 ist der LED-Die 3 nicht auf eine Leiterbahn 5 aufgesetzt, sondern direkt auf den Kern des LED-PCB 6. Dies ist insbesondere bei Metallkernplatinen sinnvoll, weil hier zwischen den Leiterbahnen 5 und dem Metallkern eine dünne 35 Isolationsschicht notwendig ist, um die Leiterbahnen 5 elektrisch zu isolieren. Diese Isolationsschicht erhöht auch den - 8 - thermischen Widerstand, sodass die direkte Anordnung des LED-Dies 3 auf dem Metallkern des LED-PCB β einen kleineren thermischen Widerstand aufweist.
Gemäß Fig. 4 bilden die LEDs keine eigenständigen mechani-5 sehen Komponenten mehr, sondern es sind die LED-Dies 3 direkt auf die Platine 9 aufgeklebt. Der LED-Die 3 (Rth,LED-Die) ist also mittels eines Die-Klebers 4 (Rth,Die-Kieber) auf eine Kontaktfläche (z.B. Leiterbahn 5) der Platine 9 (Rth,piatine) aufgebracht. Die Rückseite der Platine 9 ist über eine Lötfläche 10 10 (Rth,Lötfläche) an einen Kühlkörper 11 thermisch angekoppelt.
Die Kontaktierung des LED-Die erfolgt über Kontaktstellen 13 auf der Vorderseite der Platine 9.
Der LED-Die ist normalerweise in einem Material 1 mit entsprechenden optischen Eigenschaften eingegossen. Der LED-Die 15 kann auch - wie bekannt - in einen Reflektor eingesetzt werden. Auch bei dieser Ausführungsform können mehrere LED-Dies zusammen eingegossen oder in einen Reflektor eingesetzt werden .
Der typische thermische Widerstand der Gesamtanordnung ge-20 mäß der Fig. 4 setzt sich wie folgt zusammen:
Rth = Rth,LED-Die (4 K/W)+Rth(Die_Kleber (2 K/W)+Rth, Platine (5 K/W) + Rth,Lötfläche (2 K/W) = 13 K/W
Gemäß Fig. 5 ist - analog wie bei Fig. 3 - der LED-Die 3 nicht auf eine Leiterbahn 5 aufgesetzt, sondern direkt auf 25 den Kern des LED-PCB 6. Dies ist wiederum besonders bei Metallkernplatinen sinnvoll, weil hier zwischen den Leiterbahnen 5 und dem Metallkern eine dünne Isolationsschicht notwendig ist, die den thermischen Widerstand erhöht.
In den Ausführungsbeispielen ist immer von Die-Kleber die 30 Rede, die Dies können aber alternativ dazu auch angelötet sein.
Um den thermischen Widerstand für Hochleistungsanwendungen zu optimieren, sind die thermischen Widerstände der Einzelkomponenten möglichst gering zu halten. 35 Hierbei ist zu berücksichtigen, dass durch eine Vergrößerung der Fläche der Komponenten nach dem Übergang zum LED- 9
Träger zwar der thermische Widerstand linear abnimmt, anderseits im Hinblick auf eine hohe Integrationsdichte eine Vergrößerung dieser Fläche für viele Anwendungen unerwünscht ist.
Es ist daher günstiger, die materialspezifische thermische Leitfähigkeit der einzelnen Materialien zu optimieren bzw. darüber hinaus die Schichtdicke der Komponenten möglichst dünn zu wählen.
Folgende Möglichkeiten bieten sich an:
I Einsatz von Leitkleber d < 10 pm mit Leitfähigkeit über 2 W/mK II Einsatz von Lötkontaktschichten mit thermischer Leitfähigkeit über 20 W/mK und einer Schichtdicke unter 30 pm III Kontaktfläche/Trägermaterial
Grundsätzlich können hierzu folgende verschiedene Materialien eingesetzt werden: 111.1 Keramiken
Die Keramik weist ein Keramiksubstrat mit Dünnschicht- oder Dickschichtmetallisierung auf. Um die hohen Leistungsdichten abzuführen, werden bevorzugt A1N oder BN eingesetzt, bzw. man verwendet A10 in sehr dünnen Schichten. 111.2 Metallkernplatinen
Metallkernplatinen bestehen z.B. aus Cu oder Al. Diese werden mit nichtleitenden Schichten versehen, und darauf sind dann Leiterbahnen angeordnet (entweder galvanisch oder durch Beschichten mittels einer Klebe-/Schweißmethode).
Die Isolationsschicht kann entweder aus organischen Materialien oder dünnen Keramiken bestehen (letztere ist z.B. auf den Metallträger aufgeschlemmt bzw. mit eingebrannten Keramiktapes beschichtet).
Um den thermischen Widerstand der Anordnung weiter zu optimieren, sind bevorzugt möglichst dünne nichtleitende Schichten einzusetzen (dünner als 50 pm). Dies ist bei LED-Anwen-dungen grundsätzlich möglich, da LEDs typischer Weise mit einer Gleichspannung von wenigen Volt betrieben werden, sodass keine hohen Durchschlagsfeldstärken auftreten. Allerdings 10 kann es beim Hantieren mit der Leiterplatte zu elektrischen Entladungen kommen. Um diese elektrischen Entladungen abzuführen, werden in einer bevorzugten Variante der Erfindung die Isolatorschichten der Metallkernplatine elektrisch nicht-5 linear in einer Art ausgeführt, dass diese bei geringen Spannungen (z.B. unter 100 V) elektrisch isolieren, während diese bei hohen Spannungen (z.B. über 100 V) elektrisch leitend werden. Derartige elektrisch nichtlineare Materialien sind im Stand der Technik bekannt. Alternativ dazu kann der LED-Die 10 direkt auf den Metallkern aufgesetzt werden (Fig. 3 und 5). Hierbei werden die geringsten thermischen Widerstände erzielt, und man kann ohne Probleme die Isolatorschichten dick ausführen.
Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass für den Aufbau ge-15 mäß Fig. 1 gesonderte Aufwendungen notwendig sind, um die elektrische Kontaktierung über die Rückseite vorzunehmen.
Dies kann z.B. durch Anordnen von nach außen isolierenden Metallzylindern, die von oben und unten kontaktiert werden können, erfolgen. 20 III.3 Organische PCBs
Im Gegensatz zu den oben dargestellten Varianten ist die thermische Leitfähigkeit des Trägermaterials eines organischen PCB sehr schlecht (nur 0,1-0,2 W/mK). Um mit diesen Materialien dennoch eine ausreichende thermische Leitfähigkeit 25 zu realisieren, kann man in der unmittelbaren Nähe des Die
Durchkontaktierungen vorsehen, die zumindest teilweise mit Cu gefüllt sind. Je höher die Anzahl der Durchkontaktierungen, umso geringer wird der thermische Widerstand. Um die Wärme hierzu ausreichend zu spreizen, sind Metallisierungsschicht-30 dicken von über 100 pm, bevorzugt über 200 pm notwendig. Typischerweise weisen diese Kanäle einen Durchmesser von einigen Zehntel mm auf. In einer optimierten Variante beträgt der Durchmesser der Kanäle nur wenige Mikro- oder Nanometer. Derart wird ein Substrat mit sehr hoher anisotroper 35 elektrischer und thermischer Leitfähigkeit realisiert.
Wien, am 11. Juli 2003

Claims (11)

  1. Dr. Müllner Dipl.-Ing. Kiatschinka ÖEC>, Patentanwaltskanzlei * W ·» · . > I 1 > > ' » ) ) > 1 >1 A-1010 WIEN I, WEIHBURGGASSE 9
    16Se/404 60 /200
    LÜMITECH Holding GmbH A-8380 Jennersdorf (AT) PATENTANSPRÜCHE: 1. LED, bei der mindestens ein LED-Die (3) mit einem Die-Attach (4) auf einem LED-PCB (6) angeordnet ist und das LED-PCB (6) an der dem LED-Die (3) gegenüberliegenden Seite elektrische Rückseitenkontakte (7), die gegebenen- 5 falls als Steckkontakte ausgebildet sind, aufweist, da- durch gekennzeichnet, dass die Rückseitenkontakte (7) mindestens die halbe Fläche, vorzugsweise bis auf notwendige Ausnahmen die gesamte Fläche des LED-PCB (6) abdecken. (Fig. 1-3)
  2. 2. LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenkontakte (7) mit den Kontaktflächen (Leiterbahnen 5) auf der dem LED-Die zugewandten Seite seitlich des LED-PCB (6) thermisch und gegebenenfalls elektrisch verbunden sind. (Fig. 2)
  3. 3. LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das LED-PCB (6) eine Metallkernplatine ist und dass der LED-Die (3) direkt auf dem Metallkern angebracht ist. (Fig. 3)
  4. 4. LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das 20 LED-PCB (6) eine Metallkernplatine ist und dass zwischen den Leiterbahnen und dem Metallkern ein elektrisch nichtlineares Isolatormaterial angeordnet ist.
  5. 5. LED nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Die face-down auf dem LED-Die montiert ist.
  6. 6. LED-Lichtquelle mit einer oder mehreren auf einer Platine (9) oder einem Stecker angeordneten LEDs nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Platine (9) Kontaktflächen (Leiterbahnen 8) bzw. der Stecker Kontakte aufweist, mit denen die LEDs kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenkontakte (7) der LEDs auf mindestens 30 - 2 - 5 der halben Fläche des LED-PCB, vorzugsweise bis auf die notwendigen Ausnahmen vollflächig mit den Kontaktflächen bzw. mit den Kontakten verlötet sind. (Fig. 1) 10
  7. 7. LED-Lichtquelle mit einer oder mehreren auf einer Platine (9) oder einem Stecker angeordneten LEDs, wobei die Platine (9) Kontaktflächen (Leiterbahnen 5) bzw. der Stecker Kontakte aufweist, mit denen die LEDs kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Dies (3) mit einem Die-Attach (4) direkt auf der Platine (9) bzw. auf dem Stecker aufgeklebt sind. (Fig. 4, 5)
  8. 8. LED-Lichtquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (9) eine Metallkernplatine ist und dass die LED-Dies (3) direkt auf dem Metallkern angebracht sind. (Fig. 5) 15
  9. 9. LED-Lichtquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (9) eine Metallkernplatine ist und dass zwischen den Leiterbahnen und dem Metallkern ein elektrisch nichtlineares Isolatormaterial angeordnet ist. 20
  10. 10. LED-Lichtquelle nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite der Platine (9) ein Kühlkörper (11) angeordnet ist. (Fig. 1, 4)
    11. LED-Lichtquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (9) und/oder das LED-PCB (6) Durchkontaktierungen zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei vorzugsweise die Durchkontaktierungen einen Durchmesser von weniger als 100 pm aufweisen. Wien, am
  11. 11. Juli 2003 25
AT0107203A 2003-07-11 2003-07-11 Led sowie led-lichtquelle AT501081B8 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0107203A AT501081B8 (de) 2003-07-11 2003-07-11 Led sowie led-lichtquelle
CA2553921A CA2553921C (en) 2003-07-11 2004-06-09 Led and led light source
EP11181590.8A EP2398080B1 (de) 2003-07-11 2004-06-09 Leuchtdioden-Lichtquelle
US10/586,386 US8614456B2 (en) 2003-07-11 2004-06-09 LED and LED light source
PCT/EP2004/051066 WO2005008790A2 (de) 2003-07-11 2004-06-09 Leuchtdiode sowie led-lichtquelle
EP04741760.5A EP1839344B1 (de) 2003-07-11 2004-06-09 Leuchtdiode sowie led-lichtquelle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0107203A AT501081B8 (de) 2003-07-11 2003-07-11 Led sowie led-lichtquelle

Publications (3)

Publication Number Publication Date
AT501081B1 AT501081B1 (de) 2006-06-15
AT501081A4 true AT501081A4 (de) 2006-06-15
AT501081B8 AT501081B8 (de) 2007-02-15

Family

ID=34069593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
AT0107203A AT501081B8 (de) 2003-07-11 2003-07-11 Led sowie led-lichtquelle

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8614456B2 (de)
EP (2) EP2398080B1 (de)
AT (1) AT501081B8 (de)
CA (1) CA2553921C (de)
WO (1) WO2005008790A2 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602005016280D1 (de) * 2005-11-29 2009-10-08 Nat Central University Jungli Licht aussendendes Bauelement
CN100459194C (zh) * 2006-02-28 2009-02-04 财团法人工业技术研究院 封装结构与封装方法
US7735738B2 (en) * 2007-06-28 2010-06-15 Symbol Technologies, Inc. Thermal management in imaging reader
KR100877881B1 (ko) * 2007-09-06 2009-01-08 엘지이노텍 주식회사 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법
US10256385B2 (en) * 2007-10-31 2019-04-09 Cree, Inc. Light emitting die (LED) packages and related methods
US20100027281A1 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 Waters Stanley E LED Anti-Collision Light for Commercial Aircraft
JP6285035B2 (ja) * 2014-01-02 2018-02-28 ティーイー コネクティビティ ネーデルランド ビーヴイＴＥ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ Ｎｅｄｅｒｌａｎｄ ＢＶ Ｌｅｄソケットアセンブリ
US10908351B2 (en) 2017-02-13 2021-02-02 Signify Holding B.V. Frame for supporting a light guide panel and luminaire comprising the frame

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6072281A (ja) * 1983-09-28 1985-04-24 Sanyo Electric Co Ltd 発光ダイオ−ド基板
JPH0343750U (de) * 1989-09-04 1991-04-24
US5491362A (en) * 1992-04-30 1996-02-13 Vlsi Technology, Inc. Package structure having accessible chip
JP2915706B2 (ja) * 1992-07-15 1999-07-05 シャープ株式会社 発光装置
JPH06163794A (ja) * 1992-11-19 1994-06-10 Shinko Electric Ind Co Ltd メタルコアタイプの多層リードフレーム
JP3535602B2 (ja) 1995-03-23 2004-06-07 松下電器産業株式会社 面実装型ｌｅｄ
JP3269397B2 (ja) * 1995-09-19 2002-03-25 株式会社デンソー プリント配線基板
US6045240A (en) * 1996-06-27 2000-04-04 Relume Corporation LED lamp assembly with means to conduct heat away from the LEDS
JPH11168235A (ja) * 1997-12-05 1999-06-22 Toyoda Gosei Co Ltd 発光ダイオード
JP3183643B2 (ja) 1998-06-17 2001-07-09 株式会社カツラヤマテクノロジー 凹みプリント配線板の製造方法
AT407977B (de) * 1999-03-02 2001-07-25 Lumitech Univ Prof Dr Leising Warndreieck mit roten reflektoren und innerhalb liegenden rot lumieszierenden flächen
DE19928576C2 (de) * 1999-06-22 2003-05-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenmontierbares LED-Bauelement mit verbesserter Wärmeabfuhr
DE19963264B4 (de) * 1999-12-17 2007-05-31 Optotransmitter-Umweltschutz-Technologie E.V. Trägermaterial für elektronische Hochleistungs-Bauelemente in SMD-Bauform und ein damit hergestelltes elektronisches Hochleistungs-Bauelement
TW465123B (en) * 2000-02-02 2001-11-21 Ind Tech Res Inst High power white light LED
US6428189B1 (en) * 2000-03-31 2002-08-06 Relume Corporation L.E.D. thermal management
JP2001345485A (ja) * 2000-06-02 2001-12-14 Toyoda Gosei Co Ltd 発光装置
US6452217B1 (en) * 2000-06-30 2002-09-17 General Electric Company High power LED lamp structure using phase change cooling enhancements for LED lighting products
DE10033502A1 (de) * 2000-07-10 2002-01-31 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Modul, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung
AT413062B (de) * 2000-07-12 2005-10-15 Tridonic Optoelectronics Gmbh Verfahren zur herstellung einer led-lichtquelle
TW459403B (en) * 2000-07-28 2001-10-11 Lee Jeong Hoon White light-emitting diode
US6614103B1 (en) * 2000-09-01 2003-09-02 General Electric Company Plastic packaging of LED arrays
US6345903B1 (en) * 2000-09-01 2002-02-12 Citizen Electronics Co., Ltd. Surface-mount type emitting diode and method of manufacturing same
JP4077170B2 (ja) * 2000-09-21 2008-04-16 シャープ株式会社 半導体発光装置
US6867493B2 (en) * 2000-11-15 2005-03-15 Skyworks Solutions, Inc. Structure and method for fabrication of a leadless multi-die carrier
JP5110744B2 (ja) * 2000-12-21 2012-12-26 フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー 発光装置及びその製造方法
MY131962A (en) * 2001-01-24 2007-09-28 Nichia Corp Light emitting diode, optical semiconductor device, epoxy resin composition suited for optical semiconductor device, and method for manufacturing the same
US7075112B2 (en) * 2001-01-31 2006-07-11 Gentex Corporation High power radiation emitter device and heat dissipating package for electronic components
US6639360B2 (en) * 2001-01-31 2003-10-28 Gentex Corporation High power radiation emitter device and heat dissipating package for electronic components
JP2003115204A (ja) 2001-10-04 2003-04-18 Toyoda Gosei Co Ltd 遮光反射型デバイス及び光源
US6833566B2 (en) * 2001-03-28 2004-12-21 Toyoda Gosei Co., Ltd. Light emitting diode with heat sink
JP2002299698A (ja) * 2001-03-30 2002-10-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 発光装置
JP4115844B2 (ja) * 2001-05-08 2008-07-09 ルミレッズ ライティング ネザーランズ ベスローテン フェンノートシャップ 照明システム及びディスプレイ装置
KR100419611B1 (ko) * 2001-05-24 2004-02-25 삼성전기주식회사 발광다이오드 및 이를 이용한 발광장치와 그 제조방법
JP4813691B2 (ja) * 2001-06-06 2011-11-09 シチズン電子株式会社 発光ダイオード
JP4959071B2 (ja) * 2001-07-04 2012-06-20 ローム株式会社 面実装型半導体装置
TW543128B (en) * 2001-07-12 2003-07-21 Highlink Technology Corp Surface mounted and flip chip type LED package
US6670648B2 (en) * 2001-07-19 2003-12-30 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device having a reflective case
TW567619B (en) * 2001-08-09 2003-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd LED lighting apparatus and card-type LED light source
US6498355B1 (en) * 2001-10-09 2002-12-24 Lumileds Lighting, U.S., Llc High flux LED array
US6531328B1 (en) 2001-10-11 2003-03-11 Solidlite Corporation Packaging of light-emitting diode
US6827468B2 (en) * 2001-12-10 2004-12-07 Robert D. Galli LED lighting assembly
US6599768B1 (en) * 2002-08-20 2003-07-29 United Epitaxy Co., Ltd. Surface mounting method for high power light emitting diode
US7800121B2 (en) * 2002-08-30 2010-09-21 Lumination Llc Light emitting diode component
US7244965B2 (en) * 2002-09-04 2007-07-17 Cree Inc, Power surface mount light emitting die package
TW578280B (en) * 2002-11-21 2004-03-01 United Epitaxy Co Ltd Light emitting diode and package scheme and method thereof
US20040188696A1 (en) 2003-03-28 2004-09-30 Gelcore, Llc LED power package
KR20040092512A (ko) * 2003-04-24 2004-11-04 (주)그래픽테크노재팬 방열 기능을 갖는 반사판이 구비된 반도체 발광장치
US6876008B2 (en) * 2003-07-31 2005-04-05 Lumileds Lighting U.S., Llc Mount for semiconductor light emitting device

Also Published As

Publication number Publication date
AT501081B1 (de) 2006-06-15
EP1839344B1 (de) 2017-03-01
EP2398080A3 (de) 2014-04-23
US20070111351A1 (en) 2007-05-17
CA2553921A1 (en) 2005-01-27
WO2005008790A3 (de) 2005-06-09
EP2398080A2 (de) 2011-12-21
EP1839344A2 (de) 2007-10-03
US8614456B2 (en) 2013-12-24
AT501081B8 (de) 2007-02-15
CA2553921C (en) 2014-03-18
WO2005008790A2 (de) 2005-01-27
EP2398080B1 (de) 2019-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10351934B4 (de) Leuchtdioden-Anordnung mit wärmeabführender Platine
DE102008048005B3 (de) Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung
EP2397754B1 (de) Trägerkörper für Bauelemente oder Schaltungen
DE10248644B4 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102014212376B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102004018476A1 (de) Leistungshalbleiteranordnung
EP1445799B1 (de) Kühleinrichtung für Halbleiter auf Leiterplatte
DE19909505A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Schaltungsanordnungen
DE19859739A1 (de) Kühlvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einem elektronischen Steuergerät
DE4132947C2 (de) Elektronische Schaltungsanordnung
EP2398080B1 (de) Leuchtdioden-Lichtquelle
DE102013204889A1 (de) Leistungsmodul mit mindestens einem Leistungsbauelement
AT515440B1 (de) Elektrische Bauteilanordnung
EP1455391B1 (de) Leistungshalbleitermodul mit Sensorikbauteil
DE102020212773A1 (de) Leistungsmodul
DE102014203310A1 (de) Elektronikmodul
DE10121969C1 (de) Schaltungsanordnung in Druckkontaktierung und Verfahren zu seiner Herstellung
WO2017032613A1 (de) Lichtemittierendes bauelement
DE102011086687A1 (de) Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleiters und Kontaktanordnung für einen Halbleiter
DE102010030838A1 (de) Halbleiterbauteil mit verbesserter Wärmeabfuhr
DE102018204553B4 (de) Leistungselektronikmodul für Kraftfahrzeuganwendungen
DE102020215811A1 (de) Kontaktanordnung
DE202014002028U1 (de) Elektrische Bauteilanordnung
DE102019215523A1 (de) Leistungshalbleiterbauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils
EP3059760A1 (de) Elektronische Vorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
EIH Change in the person of patent owner
MM01 Lapse because of not paying annual fees

Effective date: 20160711